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Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer.

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Präsentation zum Thema: "Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer."—  Präsentation transkript:

1 Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

2 Folie 2 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Wiederholung in Fragen? Was versteht man unter SIL? Wie bestimmt man SIL eines Systems? Unterschied SIL – ASIL? Wofür steht 61508? Was ist Risiko? Wie funktioniert Risikobegrenzung? Beispiele für Maßnahmen?

3 Folie 3 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme DO-178 C ( ) Luftfahrt-Standard vergleichbar zu EN  “Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification” Design Assurance Level (DAL) A – E  A – Catastrophic, B – Hazardous, C – Major, D – Minor, E - No Safety Effect (Achtung: A ist höchste Sicherheitsstufe) Inhalt  Software Life Cycle  Software Planning Processes  Software Development Processes  Software Verification Processes  Configuration Management, Quality Assurance, Certification

4 Folie 4 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Supplemente DO-330 Software Tool Qualification Considerations DO-331 Model-Based Development and Verification DO-332 Object-Oriented Technology DO-333 Formal Methods DO-331 ist die erste Norm, die den Gebrauch modellbasierter Entwicklungsmethoden explizit erlaubt und reglementiert  (vorher: Spezialfall allgemeiner Entwicklungsmethodik) Aussagen zur Codegenerierung, Coverage, Verifikation usw.

5 Folie 5 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme DO-331 Definition Modell: “abstrakte Repräsentation einer Menge von Softwareaspekten, die verwendet wird um den Software- Entwicklungs- oder –verifikationsprozess zu unterstützen”  graphische oder textuelle Modellierungsnotation  enthält Anforderungen an die Software  direkt für Analyse und Auswertung verwendbar Verwndung von Modellen im Entwicklungszyklus  Formalisierung von Anforderungen  Codegenerierung, Testgenerierung  Analyse, Simulation und (partielle) Verifikation Aufbau gemäß DO 178 C  Änderung falls durch modellbasierte Entwicklung erforderlich

6 Folie 6 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Spezifikations- und Designmodelle Spezifikationsmodell  Formalisierung abstrakter Anforderungen, eindeutige Beschreibung der Software-Funktionalität, keine Implementierungsdetails Designmodell  Beschreibung von internen Datenstrukturen, Daten- und Kontrollfluss; Spezifikation von Architektur und Implementierung Ein Modell kann nicht gleichzeitig Spezifikations- und Designmodell sein  jedes Modell muss als Spezifikations- oder Designmodell gekennzeichnet werden  Auswirkungen auf Verwendung und Modellvalidierung “it may be difficult to separate system and software life cycle data”

7 Folie 7 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Beispiel für DO-331 Anforderungen Erforderliche Informationen im Lebenszyklus  Systemanforderungen  Sicherheitsanforderungen ... (8 Punkte) Zusätzlich erforderliche Daten für Modelle  Verlinkung zu Anforderungen  Modell-Konfigurationsmöglichkeiten  Modellierungssprachenbeschreibung  Modellelementbibliothek  Modellschnittstellenbeschreibung  Modellentwicklungsumgebungsbeschreibung  Systemverfikationsdaten zur Modellvalidierung

8 Folie 8 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Simulationsumgebung muss ggf. qualifiziert werden Analyse der Fähigkeiten und Grenzen  welche Fehler können bzw. können nicht gefunden werden  welche Teile tragen bei bzw. sind nur informativ Kennzeichnung der Realisierung von Anforderungen im Modell  Bi-direktionale Traceability Konformität zu Modellierungsstandards Simulation zum Nachweis der Vollständigkeit und Korrektheit der Anforderungen erlaubt  “Verifikationsfälle” statt “Testfälle”  Nachweis der Übereinstimmung von Anforderungen und Modell

9 Folie 9 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Modellüberdeckungsanalyse

10 Folie 10 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Simulation und Test Modellsimulation ergänzt den Test  aber: ersetzt nicht Test und strukturelle Codeüberdeckung!  “partially satisfy... testing objectives”, z.B. Robustheit, High-Level- Anforderungen, Softwarestruktur Simulation statt Test von generiertem Code  Unterschied Simulations- und Zielplattform muss dargestellt werden  Nachweis, dass Fehler bereits im Modell gefunden werden  zusätzliche Test auf der Zielplattform sind immer erforderlich

11 Folie 11 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Kap. 6.2 Fehlertoleranz Thanks for the pictures: © Prof. Sergio Montenegro, U Würzburg

12 Folie 12 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Redundanz und Fehlertoleranz Redundanz: Das Vorhandensein mehrerer Möglichkeiten, um eine gegebene Funktion zu erbringen  Strukturelle Redundanz - Vervielfältigung von Komponenten - baugleich oder alternative Entwürfe (Replikation / Diversität)  Zeitliche Redundanz - Zusätzliche Zeit für wiederholte Ausführungen (Retry)  Funktionale Redundanz - zusätzliche, unterstützende Komponenten - Test, Konfiguration, Sensoren  Informationsredundanz - Zusätzliche Informationen - Prüfbits, zusätzliche Zeiger, Zähler

13 Folie 13 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Fehlertoleranz Fehlertoleranz: Die Fähigkeit eines Systems, trotz aufgetretener Fehler die vorgesehene Funktion zu erbringen Ziel: Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit durch Redundanz  Komponentenausfälle müssen unabhängige Ereignisse sein („single faults“)  Einzelne Komponente hat Ausfallwahrscheinlichkeit p; Gesamtausfallwahrscheinlichkeit?  Notwendiger Replikationsgrad für geforderte Verfügbarkeit?

14 Folie 14 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Warum Fehlertoleranz? Steuerungscomputer Sensoren Aktuatoren Technischer Prozeß

15 Folie 15 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

16 Folie 16 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme FT-Kenngrößen Zuverlässigkeit (reliability)  Grad der Fähigkeit einer Betrachtungseinheit, die geforderte Leistung während einer vorgegebenen Zeitspanne zu erbringen  Wahrscheinlichkeit der Abwesenheit von Ausfällen über dem Beobachtungszeitraum gleichzusetzen mit Überlebenswahrscheinlichkeit  R(t)=Wahrscheinlichkeit, dass das System im Zeitraum [0,t] fehlerfrei ist; oft R(t)=e - t Ausfallwahrscheinlichkeit  F(t) = Wahrscheinlichkeit (mindestens) eines Ausfalls im Beobachtungszeitraum; F(t) = 1 - R(t) Verfügbarkeit (availability)  Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass die geforderte Leistung zu einem Zeitpunkt erbracht werden kann  A(t) = Wahrscheinlichkeit, dass das System zum Zeitpunkt t intakt ist (MTBF / (MTBF+MTTR)) Verlässlichkeit (dependability)  Maß für das gerechtfertigte Vertrauen in die Leistung eines Systems

17 Folie 17 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme RAMS(S) Dependability Verlässlichkeit Availability Verfügbarkeit Reliability Zuverlässigkeit Safety Sicherheit Mean Time to Failure (MTTF) Mittlere Laufzeit vor Ausfall Mean Time To Repair (MTTR) Risikobehandlung: erkennen, eliminieren, reduzieren, Folgen minimieren Maintainability Wartbarkeit Instandhaltbarkeit Security Sicherheit


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